TLR4信號通路在炎癥信號傳遞中的作用,病理學論文

TLR4信號通路在炎癥信號傳遞中的作用,病理學論文隨著人類社會的發(fā)展及生活水平的不斷提高，腦缺血、糖尿病、動脈硬化等炎癥相關(guān)性疾病已成為社會的高發(fā)病和多發(fā)病，給社會和家庭帶來沉重負擔。TLR4與炎癥相關(guān)性疾病之間的關(guān)系得到了越來越多的關(guān)注，大量的研究顯示TLR4/NF-B信號通路在炎癥信號的傳遞中發(fā)揮著重要作用，大量的促炎因子，趨化因子，粘附因子和TLR4及其配體互相作用，互相影響共同促進了疾病的發(fā)展。1關(guān)于TLR41.1TLRs家族TLRs屬于I型跨膜糖蛋白受體家族，是一類先天性免疫受體，是免疫細胞外表辨別病原相關(guān)分子形式的一個形式辨別受體家族，在活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)經(jīng)過中發(fā)揮重要作用，是聯(lián)絡(luò)天然免疫與獲得性免疫的橋梁[1,2],最早在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。TLRs因其胞外段與一種果蠅蛋白Toll同源而得名，從低等到高等動物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)TLRs的存在，現(xiàn)已在人和小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)13種TLRs,分別命名為TLR1-TLR13.小鼠可表示出除TLR10外的所有TLRs,人可表示出10個TLRs〔TLR1-TLR10〕[1,2].1.2TLR4構(gòu)造及生物學特性所有的TLRs都由富含亮氨酸重復(fù)序列的胞外區(qū)、跨膜區(qū)以及胞內(nèi)的TLR-IL1構(gòu)造域組成，細胞外的結(jié)構(gòu)域由18-31個富含亮氨酸的重復(fù)序列〔Leucine-richrepeats,LRR〕組成，主要負責辨別病原特異性的配體及與其他輔助配體結(jié)合構(gòu)成受體復(fù)合物；胞內(nèi)區(qū)含有和白細胞介素1〔IL-1〕受體相類似的構(gòu)造域，即Toll-IL-1受體〔TIR〕結(jié)構(gòu)域，且TIR構(gòu)造域為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)所必須的[3],當其與特定接頭蛋白結(jié)合時啟動信號釋放的級聯(lián)反響。這些特定的接頭蛋白包括髓樣分化因子88〔MyD88〕，類MyD88接頭分子〔MAL〕，誘導(dǎo)IFN-的包含TIR構(gòu)造域的接頭分子〔TRIF〕,TRIF相關(guān)接頭分子〔TRAM〕，包含TIR構(gòu)造域的分子〔SARM〕.TLR4是最早發(fā)現(xiàn)的哺乳動物TLRs,在人體內(nèi)多種細胞中能夠廣泛表示出，主要分布于單核/巨噬細胞，冠狀動脈內(nèi)皮細胞，腎小管上皮細胞等，在人腦內(nèi)主要分布于腦室周圍血管叢，小膠質(zhì)細胞，星形膠質(zhì)細胞等。TLR4的配體分為內(nèi)源性配體和外源性配體，內(nèi)源性配體包括熱休克蛋白，高遷移率族蛋白〔highmobilitygroupbox1protein,HMGBl〕、纖連蛋白-EDA、胎球蛋白-A〔Fetuin-A〕氧化修飾的低密度脂蛋白等[4-8],外源性配體包括脂多糖〔LPS〕、微生物核酸等，已經(jīng)知道TLRs的內(nèi)源性配體是損傷后的細胞釋放的分子或細胞外基質(zhì)分解產(chǎn)物，因而不需要外來病原入侵就可激活天然免疫炎癥反響[9].2TLR4/NF-B信號通路2.1NF-B家族及生物學活性核因子NF-B是一種二聚的轉(zhuǎn)錄因子，屬于Rel家族，包含一個高度保守的Rel-homology構(gòu)造域〔RHD〕，由Rel、RelA〔p65〕、RelB、p50五個轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成，通常所講的NF-B是由RelA〔p65〕和NF-B〔p50〕組成的異源二聚體，在非激活狀態(tài)下NF-B二聚體與其抑制分子〔IB〕組成三聚體復(fù)合物，此時不具有調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的能力以無活性的方式存在于胞漿中，在多種因素〔如病原體、細胞因子、炎癥介質(zhì)、氧化應(yīng)激等〕刺激下NF-B被活化進入核內(nèi)發(fā)揮作用?；罨腘F-B調(diào)控的基因主要包括：細胞因子〔TNF-a、IL-1、IL-6、干擾素等〕；粘附分子〔細胞間粘附分子等〕；病毒蛋白生長因子、酶等。NF-B廣泛存在于真核細胞內(nèi)，主要與細胞內(nèi)的信息傳遞并導(dǎo)致相關(guān)因子表示出有關(guān)，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)塑性、神經(jīng)變形和神經(jīng)發(fā)育、免疫、應(yīng)激反響、炎癥和細胞凋亡等方面具有獨特作用。NF-B位于TLR4下游信號通路，被以為是炎癥級聯(lián)反響的重要始動因素，多種因素如IL-l、TNF-、星形膠質(zhì)細胞激活等刺激能夠激活NF-B啟動免疫反響和細胞分化等經(jīng)過。2.2TLR4/NF-B信號通路TLR4/NF-B信號通路是近年來研究發(fā)現(xiàn)與抗炎免疫機制嚴密相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路，在炎癥發(fā)生發(fā)展中起重要作用。根據(jù)接頭蛋白的構(gòu)造不同，TLRs的信號傳導(dǎo)通過MyD88依靠途徑和MyD88非依靠途徑。MyD88依靠途徑是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的經(jīng)典途徑，主要通過介導(dǎo)NF-B和促炎性細胞因子的產(chǎn)生激發(fā)下游炎癥效應(yīng)。其經(jīng)過為TLR4與其特異性配體結(jié)合后在細胞內(nèi)募集MyD88,通過其特異的接頭蛋白〔MAL〕與MyD88橋接，接受信號蛋白IL-1受體相關(guān)激酶〔IRAK〕，與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6〔TRAF6〕互相作用，進而活化NF-B的誘導(dǎo)激酶，磷酸化I-B激酶，使NF-B從IB/NF-B的復(fù)合物中釋放出來遷移到細胞核內(nèi)，導(dǎo)致相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯、最終導(dǎo)致炎癥因子大量釋放。MyD88非依賴途徑為TRIF依賴性信號通路，TRIF與TRAM構(gòu)成復(fù)合物，活化干擾素因子3,誘導(dǎo)干擾素〔IFN〕的轉(zhuǎn)錄[10-12].3TLR4/NF-B與炎癥相關(guān)性疾病的研究3.1TLR4與動脈粥樣硬化動脈粥樣硬化〔atherosclerosis,AS〕是一種脂質(zhì)介導(dǎo)的慢性炎癥性疾病，以血管內(nèi)脂質(zhì)和炎癥細胞聚集為特征，免疫反響貫穿其始終。低密度脂蛋白弱氧化修飾可誘導(dǎo)TLR4的胞飲作用，促進單核/巨噬細胞的脂質(zhì)吞噬作用，促進泡沫細胞的構(gòu)成。正常情況下血管內(nèi)皮細胞中TLR4表示出較低，而AS發(fā)生時TLR4表達顯著增高[13].Mich-elsenanjiu等最早提出TLR4與AS早期斑塊構(gòu)成有關(guān)[14],研究發(fā)現(xiàn)TLR4/ApoE基因敲除的小鼠相比單純ApoE敲除的小鼠AS發(fā)生率降低，同時TLR4/ApoE和MYD88/ApoE2種雙基因敲除的小鼠AS斑塊中脂質(zhì)、巨噬細胞也明顯降低，講明TLR4可能在AS斑塊的發(fā)生發(fā)展和斑塊穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)[15],AS介入血管的重構(gòu)，在血管重構(gòu)經(jīng)過中產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白酶〔matrixmetalloproteinases,MMPs〕能夠消減斑塊的穩(wěn)定性，導(dǎo)致?lián)p傷發(fā)生。其實驗通過建立結(jié)扎對側(cè)頸動脈的小鼠模型發(fā)現(xiàn)TLR4缺乏的小鼠模型未發(fā)生血管重構(gòu)，表示清楚TLR4在血管重構(gòu)中發(fā)揮重要作用，并能增加斑塊的不穩(wěn)定性。而最新研究發(fā)現(xiàn)[16]微血管內(nèi)皮細胞內(nèi)的TLR4激活比大血管更能引起炎癥反響爆發(fā)，并在MMPs產(chǎn)生并引起斑塊破裂的反響證起更重要的作用。3.2TLR4/NF-B與缺血性腦損傷腦缺血和再灌注引起的腦損傷的機制仍未明確，但炎癥反響是引起腦損傷的一個重要因素[17].研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦損傷可誘發(fā)內(nèi)源性分子釋放，并與TLR2/4結(jié)合，激活的TLR2/4導(dǎo)致NF-B的核易位，引起炎癥介質(zhì)的表達從而引發(fā)炎癥反響[18,19],而TLR2/4-NF-B信號通路的下游介質(zhì)TNF-、IL-1是引起缺血性腦損傷炎癥反響的主要介質(zhì)[20],因而抑制炎癥反響和炎癥介質(zhì)的表示出已經(jīng)用于缺血性腦損傷的神經(jīng)保衛(wèi)作用[21].Qiu[22]等在體外培養(yǎng)神經(jīng)細胞、星形膠質(zhì)細胞、小鼠腦細胞中發(fā)現(xiàn)，在TLR4正常表達時添加HMGB1檢測到基質(zhì)金屬蛋白酶-9〔MMP-9〕、TNF-表示出增加，但在TLR4表示出缺乏時MMP-9表示出降低，同野生型小鼠相比擬，TLR4基因缺陷小鼠腦缺血模型中腦梗死體積及MMP-9的表示出減少，實驗以為腦缺血時HMGB1激活TLR4信號通路來激活MMP-9,而抑制這一傳導(dǎo)通路能夠減少缺血后腦組織的炎癥反響。Yang等實驗發(fā)現(xiàn)HMGB1通過TLR4的TRIF的非依靠途徑介導(dǎo)缺血再灌注腦損傷[23].HuaF[24]等研究以為TLR4基因敲除小鼠在腦缺血24小時后再灌注損傷中腦梗死面積顯著減少，且NF-B的激活也減少，其機制可能是通過抑制TLR4/NF-B信號通路所致，TLR4的缺失可減少缺血再灌注所引起的腦損傷。在苗江永等[25]實驗中亦發(fā)現(xiàn)，腦缺血-再灌注小鼠缺血區(qū)大腦皮質(zhì)TLR4和NF-B表示出呈上升趨勢，神經(jīng)保衛(wèi)作用下降，槐定堿干涉后減輕腦水腫、腦梗死的體積及改善神經(jīng)功能的缺失，并且下調(diào)TLR4和NF-B.綜上述，TLR4/NF-B信號通路介入腦組織缺血后炎癥反響，并進一步證明腦缺血后可能通過激活這一信號通路產(chǎn)生炎癥反響而導(dǎo)致腦損傷，而抑制TLR4/NF-B信號通路能夠減輕炎癥反響和腦損傷，為腦缺血的治療提供新的切入點。如Xian-kunTu等實驗發(fā)如今大鼠永久性局灶性腦缺血模型中，藥物姜毒素通過抑制TLR2/4的表示出，降低NF-Bp65的表示出及活性，同時下調(diào)血中1、IL-1的表示出，表示清楚姜毒素能顯著減小腦梗死面積，減輕腦水腫，具有明顯的神經(jīng)保衛(wèi)作用，并且其神經(jīng)保衛(wèi)和抗炎特性與抑制TLR2/4-NF-B信號通路有關(guān)[26].3.3TLR4/NF-B與2型糖尿病2型糖尿病是由于胰島細胞分泌胰島素缺乏和〔或〕外周組織對胰島素的敏感性下降所致的代謝性疾病，在胰島素抵抗及糖尿病的發(fā)生發(fā)展經(jīng)過中，炎癥反響具有顯著作用[27],而TLR4信號通路可能是聯(lián)絡(luò)炎癥和2型糖尿病的重要因素。新近診斷的2型糖尿病患者較健康對照組TLR4及下游配體〔如MyD88,TRIF〕的表示出水平均增高，TLR4通路相關(guān)分子IRF3和NF-Bp65均有上升，并伴隨有IL-l、IL-6、TNF-ɑ、IL-8等細胞因子和趨化因子水平升高，TLR4信號通路促進了2型糖尿病的炎癥發(fā)病經(jīng)過[28].Ladefoged等研究發(fā)現(xiàn)db/db肥胖小鼠胰島TLR4的表示出是對照組7.4倍，糖尿病小鼠胰島TLR4的表達是非糖尿病組5.6倍，并且TLR4的表達水平與血糖水平平行增高，提示TLR4可能介入了2型糖尿病胰島細胞的損傷經(jīng)過[29].除此之外TLR4還與糖尿病的高危因素嚴密相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)[30]觀察已排除糖尿病的代謝綜合征患者單核細胞TLR4mRNA水平仍然高表示出，并伴有TLR4下游NF-B通路活性增加，炎癥細胞因子IL-1、IL-6、IL-8表示出增高。當前，諸多研究發(fā)現(xiàn)TLR4在2型糖尿病的并發(fā)癥中有重要作用，華而不實關(guān)于糖尿病腎病的研究最為多見。在糖尿病腎病的腎小球中，HMGB1可使TLR4表示出上調(diào)，siRNA及TLR4抗體可抑制NF-B通路的激活導(dǎo)致IL-6及趨化因子配體2的合成減少[8].Lin[31]等研究發(fā)現(xiàn)C